第二十七章 相对论和量子论(2)
子辐射。实验表明、入射光必须超过某个频率以后,才能打出电子;实验还表明,不同金属的quot;临界quot;频率是不同的。爱因斯坦指出,假设光是由分立的量子构成,那么quot;最简单的设想是quot;,一个quot;光量子把它的全部能量给予了单个电子quot;。如果光(或辐射〕是单色的,频多为v,则每个光量子的能量为;功quot;(P);给辐射电子一定的功能(E);电子离开金属表面时拥有的能量用公式表示就是:
E+P=hv或E=hv-P.
爱因斯坦公式解释了光电效应的一些规律。一个规律是,辐射电子的动能E与光的亮度或强度无关,而只取决于它的频率。(爱因斯坦的解释是,光强是光子数目的量度,表明辐射电子的数目,而非能量)。公式还揭示了辐射电子的能量E与入射光频率v之间的定量关系。另一个规律是,每一种金属在光电辐射过程中,都有一个确定的最小频率。爱因斯坦公式对此的解释是:光电效应只有当频率足够大,使得hv大于P时才会发生。
爱因斯坦的公式还预言:E直接根据v的变化而变化;如果根据实验给出动能与频率的关系图,那么直线的斜率就是普朗克常数h。不久后,J、J.汤姆森的学生A.L.休斯以及其他一些人各自进行了验证性实验,结果证明了爱因斯坦公式的正确性。但真正的判决性的实验是R.A.密立根做出的;这些实验不仅确证了爱因斯坦公式,而且得到了一个新的,很精确的普朗克常数h(见惠顿1983)。
密立根关于这些实验的论文(1916)是相当奇特的。尽管他承认quot;在每一个场合quot;,爱因斯坦的quot;光电效应公式quot;均能够quot;精确地预言实验的观测结果quot;,但他又称,爱因斯坦赖以推导出这个公式的quot;半微粒理论,目前似乎完全站不住脚quot;。他在当年又一次重复了他的立场,指出爱因斯坦的quot;电磁光细胞假说quot;是quot;大胆的quot;,实际上quot;也是粗糙的quot;。在《论电子》(1917)一书中,密立根写道,爱因斯坦公式是quot;一个和支持他的假说一样大胆的预言quot;,但爱因斯坦这个激进的预言完全没有quot;逻辑基础quot;。密立根说,结果发现quot;爱因斯坦的这个公式quot;竟然能够精确地预言quot;密立根和其他人quot;通过实验获得的事实quot;,这是多么令人惊奇!在他的书里,严然是一个革命的敌人的密立根,并没有实事求是地告诉他的读者,他本人进行这些实验的目的是推翻爱因斯坦公式,也包括公式赖以建立的光量子假说。1949年,密立根承认在他的一生中曾花了十年时间quot;检验爱因斯坦1905年的公式quot;。他写道,quot;结果和我所有的预期相反,在1915年我不得不宣布它无异议地被实验证实,尽管它似乎不合常理。quot;
密立根(1948,344)清楚地表达了他反对爱因斯坦光量子概念的理由:它们quot;似乎完全违背了我们关于光的干涉现象的全部知识quot;,以及波动理论的实验基础。1911年;爱因斯坦本人感到,他必须公开quot;声明光量子概念的权宜性特征quot;,因为它quot;似乎无法与已经得到完全证实的波动理论协调一致quot;。佩斯发现,爱因斯坦的谨慎quot;几乎被误解为他的犹豫不决quot;,这一事实可以解释许多令人不解的现象。例如,爱因斯坦的拥护者冯·劳厄1907年在写给爱因斯坦的信中说,他听说爱因斯坦quot;放弃了他的光量子假说quot;后很高兴。冯·劳厄并非唯一产生误解的人。1912年索末菲说,爱因斯坦不